Wetenschappers hebben lang gedacht dat zuurstof 2,7 miljard jaar geleden in de lagere atmosfeer van de aarde verscheen, het leven zoals we dat kennen mogelijk maken. Een onderzoeker van de Rice University heeft bewijs toegevoegd om dat aantal te ondersteunen.

Het zwavelrecord van oud gesteente markeert de dramatische verandering in de atmosfeer van de planeet die aanleiding gaf tot complex leven, maar rotsen zijn lokale indicatoren. Voor het grote geheel, Rijstbiogeochemicus Mark Torres gebruikte water dat over de rotsen stroomt en erodeert als een proxy.

Torres, een Rice-assistent-professor Earth, milieu- en planetaire wetenschappen, en zijn collega's melden in Natuur Geowetenschappen dat de balans van zwavelisotoopanomalieën in Archean-gesteente, een marker van de "grote zuurstofvoorziening, " kan ook worden herkend en gemeten in de rivieren die het eroderen.

De onderzoekers bemonsterden water van twee van de weinige plaatsen op aarde waar Archeïsche gesteente in overvloed wordt blootgesteld:bij de Superior Craton in Canada en in Zuid-Afrika. Ze stelden vast dat, hoewel individuele monsters van gesteente nog steeds een onbalans (de anomalieën) van zwavelisotopen kunnen vertonen, zorgvuldige analyse van het water dat zwavel verspreidt en transporteert van duizenden kilometers gesteente naar de oceaan, toont aan dat de inhoud uiteindelijk in lijn is met de zwavelsignatuur van de massa van de aarde.

"Veranderingen in de chemie kunnen je iets vertellen over het milieu, en stenen kunnen je vertellen of er op een bepaald moment zuurstof was, "Zei Torres. "Vroeg in onze geschiedenis, anomalieën van zwavelisotopen zijn overal aanwezig. Vervolgens, ongeveer 2,7 miljard jaar geleden, ze verdwijnen en ze komen nooit meer terug."

Zwavel is een marker omdat vier stabiele isotopen, bekend door hun molecuulmassa van 32, 33, 34 en 36, kunnen verschillende gedragingen vertonen wanneer ze in de atmosfeer aanwezig zijn. "De meeste zwavel is massa 32, maar er zijn kleine hoeveelheden van de andere massa's, ' zei Torres.

Ultraviolet licht van de zon reageerde met zwavelgas en splitste het in afzonderlijke verbindingen met zwaardere en lichtere isotopen. Eventueel, deze verbindingen zonken in en blijven in het gesteente dat zich destijds heeft gevormd.

"Maar er is iets raars:echt oude rotsen bevatten meer 33-zwavel dan we zouden verwachten, gebaseerd op de relatieve massa's, "Zei Torres. "Omdat 33 één zwaarder is dan 32, we zouden hun relatieve abundanties gemakkelijk moeten kunnen voorspellen met behulp van fysische chemie. Maar, we vinden dat 33 veel overvloediger is dan verwacht. Daarom noemen we het een anomalie."

Toen zuurstof verscheen, het absorbeerde ultraviolet licht en blust de zwavelreactie, zoals te zien in de rots. Dat is allemaal goed en wel, Torres zei, maar de theorie houdt geen rekening met afwijkende zwavel die bleef uitlogen van Archean-gesteente naar oppervlaktewater, naar de oceaan worden gedragen en dan condenseren tot nieuw gesteente dat ook de anomalie zou hebben.

"Deze recycling van oud gesteente was een manier om de anomalie te bestendigen, zelfs nadat zuurstof was ontstaan, " zei hij. De onderzoekers vermoedden dat het voortduren van de anomalie het begrip van de timing van de zuurstofstijging met wel 100 miljoen jaar zou kunnen vertroebelen.

Het deed het niet, ze kwamen erachter, maar het was niet gemakkelijk. Het team omvatte onderzoekers van het California Institute of Technology en het Center for Petrographic and Geochemical Research in Nancy, Frankrijk. Leden verzamelden tientallen monsters van de Canadese locaties om samen te gaan met Zuid-Afrikaanse monsters die ze al hadden en controleerden hun zwavelsignatuur nadat ze de effecten van verontreinigingen door zwavelhoudende zure regen hadden geëlimineerd, ijssmeltend strooizout en stof van plaatselijke mijnbouwactiviteiten. Maar hun uiteindelijke berekeningen toonden een robuust evenwicht in 33-zwavel verzameld door rivierafvoer over een groot gebied.

"Onze inspanningen stellen ons in staat om er zeker van te zijn dat we de timing hebben voor deze geweldige oxidatiegebeurtenis, dus nu kunnen we beginnen de mechanismen te begrijpen, "Zei Torres. "Als je nadenkt over de hele omvang van de geschiedenis van de aarde, 100 miljoen jaar is klein, maar op de evolutionaire tijdlijn van organismen, het is belangrijk."